CN215008573U - 一体化双频介质谐振天线模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体化双频介质谐振天线模组及电子设备，天线模组包括介质基板和至少一个的天线单元，所述介质基板包括第一金属层，所述第一金属层上设有与所述至少一个的天线单元一一对应的馈电缝隙；所述天线单元包括介质谐振器，所述介质谐振器设置于所述第一金属层上且覆盖所述馈电缝隙；各天线单元中的介质谐振器依次相连且一体成型设置。本实用新型可简化安装流程，且可实现单体双频。

Description

一体化双频介质谐振天线模组及电子设备

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种一体化双频介质谐振天线模组及电子设备。

背景技术

根据3GPP TS38.101-2 5G终端射频技术规范和TR38.817终端射频技术报告可知，5GmmWave频段有n257(26.5-29.5GHz)、n258(24.25-27.25GHz)、n260 (37-40GHz)、n261(27.5-28.35GHz)以及新增的n259(39.5-43GHz)。显然，在5G毫米波移动终端通信中，我们可以用多组天线来实现覆盖上述频段，但是其必将减小终端空间，那么用单天线实现双频甚至多频特性，将简化集成天线的结构和设计流程。

一般而言，多频微带贴片天线是多数设计者首选，因为其具有结构简单、原理清晰以及性能可接受等优点。但是其需要复杂的介质基板叠层结构和非一体式的双频实现方式等缺点，给目前5G毫米波双频天线的应用提出了挑战。

一般设计的5G终端毫米波天线是1×4单元，所以使用安装时需要4个分立式的介质谐振器，那么粘接固定时也需要4次，这种设计方式造成的天线性能仿真与实际误差较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种一体化双频介质谐振天线模组及电子设备，可简化安装流程，且可实现单体双频。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种一体化双频介质谐振天线模组，包括介质基板和至少一个的天线单元，所述介质基板包括第一金属层，所述第一金属层上设有与所述至少一个的天线单元一一对应的馈电缝隙；所述天线单元包括介质谐振器，所述介质谐振器设置于所述第一金属层上且覆盖所述馈电缝隙；各天线单元中的介质谐振器依次相连且一体成型设置。

进一步地，所述天线单元还包括馈电线，所述馈电线包括第一馈电线；所述第一馈电线设置于所述第一金属层远离所述介质谐振器的一面上，所述第一馈电线与所述馈电缝隙耦合。

进一步地，所述第一馈电线的一端设有T形的馈电分支，馈电分支在第一金属层上的投影与所述馈电缝隙相交。

进一步地，所述介质基板还包括第二金属层和第三金属层，所述第二金属层位于所述第一金属层远离所述介质谐振器的一侧，所述第三金属层位于所述第二金属层远离第一金属层的一侧；所述馈电线还包括第二馈电线，所述第二馈电线设置于第二金属层和第三金属层之间；所述第二馈电线与所述第一馈电线导通。

进一步地，所述第二金属层和第三金属层之间设有隔离墙，所述隔离墙围绕所述第二馈电线设置。

进一步地，所述隔离墙包括多个金属化孔，所述多个金属化孔连通所述第二金属层和第三金属层。

进一步地，还包括射频芯片，所述射频芯片设置于所述介质基板远离所述介质谐振器的一面上；各天线单元的第二馈电线分别与所述射频芯片导通。

进一步地，所述天线单元的数量为四个，四个天线单元线性排列。

进一步地，所述馈电缝隙为矩形、H形或圆形。

本实用新型还提出了一种电子设备，包括如上所述的一体化双频介质谐振天线模组。

本实用新型的有益效果在于：通过将各天线单元中的介质谐振器一体化设置，使得安装时只需安装一次即可实现多单元的安装，减少安装时的不确定因素，方便量产。本实用新型可以实现单体双频，减少设计复杂程度，且可以大幅提高天线整体辐射效率，同时可以降低天线生产成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的一体化双频介质谐振天线模组的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的天线模组的俯视示意图；

图3为本实用新型实施例一的天线模组的局部侧面示意图；

图4为本实用新型实施例一的四个天线单元的馈电线结构示意图(隐藏介质基板后)；

图5为本实用新型实施例一的介质基板的俯视示意图(隐藏第二馈电线和隔离墙后)；

图6为本实用新型实施例一的介质基板的透视图(隐藏第一金属层后)；

图7为本实用新型实施例一的天线模组的S参数示意图；

图8为本实用新型实施例一的天线模组28GHz的3D方向图；

图9为本实用新型实施例一的天线模组39GHz的3D方向图。

标号说明：

1、介质基板；2、介质谐振器；3、馈电线；4、射频芯片；

11、第一金属层；12、第二金属层；13、第三金属层；14、金属化孔；

111、馈电缝隙；

31、第一馈电线；32、第二馈电线；33、第一过孔；34、第二过孔。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，一种一体化双频介质谐振天线模组，包括介质基板和至少一个的天线单元，所述介质基板包括第一金属层，所述第一金属层上设有与所述至少一个的天线单元一一对应的馈电缝隙；所述天线单元包括介质谐振器，所述介质谐振器设置于所述第一金属层上且覆盖所述馈电缝隙；各天线单元中的介质谐振器依次相连且一体成型设置。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：可以实现单体双频，减少设计复杂程度，且可以大幅提高天线整体辐射效率，同时可以降低天线生产成本。

进一步地，所述天线单元还包括馈电线，所述馈电线包括第一馈电线；所述第一馈电线设置于所述第一金属层远离所述介质谐振器的一面上，所述第一馈电线与所述馈电缝隙耦合。

进一步地，所述第一馈电线的一端设有T形的馈电分支，馈电分支在第一金属层上的投影与所述馈电缝隙相交。

由上述描述可知，通过馈电线馈入射频信号，然后通过馈电缝隙对介质谐振器进行耦合馈电。

进一步地，所述介质基板还包括第二金属层和第三金属层，所述第二金属层位于所述第一金属层远离所述介质谐振器的一侧，所述第三金属层位于所述第二金属层远离第一金属层的一侧；所述馈电线还包括第二馈电线，所述第二馈电线设置于第二金属层和第三金属层之间；所述第二馈电线与所述第一馈电线导通。

由上述描述可知，第二馈电线可作为匹配网络的匹配走线，通过对第二馈电线的走线进行设计，可增加天线模组的带宽，提高天线模组的性能。

进一步地，所述第二金属层和第三金属层之间设有隔离墙，所述隔离墙围绕所述第二馈电线设置。

进一步地，所述隔离墙包括多个金属化孔，所述多个金属化孔连通所述第二金属层和第三金属层。

由上述描述可知，隔离墙可起屏蔽和调节阻抗的作用，通过设置隔离墙，可屏蔽匹配网络之间的干扰。

进一步地，还包括射频芯片，所述射频芯片设置于所述介质基板远离所述介质谐振器的一面上；各天线单元的第二馈电线分别与所述射频芯片导通。

由上述描述可知，射频芯片用于为天线提供信号。

进一步地，所述天线单元的数量为四个，四个天线单元线性排列。

进一步地，所述馈电缝隙为矩形、H形或圆形。

本实用新型还提出了一种电子设备，包括如上所述的一体化双频介质谐振天线模组。

实施例一

请参照图1-9，本实用新型的实施例一为：一种一体化双频介质谐振天线模组，可应用于5G毫米波通信系统的电子设备中。

如图1所示，包括介质基板1和至少一个的天线单元，本实施例中以包括四个天线单元为例进行说明。结合图2所示，所述介质基板1包括第一金属层 11，所述第一金属层11上设有与各天线单元一一对应的馈电缝隙111；其中，所述馈电缝隙111可以为矩形、H形或圆形，本实施例中以矩形为例。所述天线单元包括介质谐振器2，所述介质谐振器2设置于所述第一金属层11上且覆盖所述馈电缝隙111；各天线单元中的介质谐振器2依次相连且一体成型设置。

本实施例中，所述介质谐振器呈梯形，四个梯形介质谐振器线性排列且上底边和下底边分别依次相连。通过将介质谐振器的形状设计为梯形并调整上下底边，以激发出5G毫米波中的28GHz和39GHz频段。

在其他实施例中，单个天线单元中的介质谐振器也可以由两个底面面积不同的圆柱形介质谐振器堆叠而成，其中，底面面积较小的圆柱形介质谐振器设置在下方，即更靠近介质基板。该种设计也可以实现28GHz和39GHz频段。

通过一体化介质谐振器，使得安装时只需安装一次即可实现多单元的安装，减少安装时的不确定因素，方便量产。

结合图3所示，所述介质基板1还包括第二金属层12和第三金属层13，第一金属层11、第二金属层12和第三金属层13依次层叠设置。也就是说，第二金属层位于第一金属层远离介质谐振器的一侧，第三金属层位于第二金属层远离第一金属层的一侧。进一步地，相邻两个金属层之间都设有介质层。

如图4所示，所述天线单元还包括馈电线3，所述馈电线3包括第一馈电线 31和第二馈电线32。其中，结合图3所示，所述第一馈电线31设置于所述第一金属层11远离所述介质谐振器2的一面上(即设置于第一金属层11和第二金属层12之间)；所述第二馈电线32设置于第二金属层12和第三金属层13之间；第二馈电线32的一端通过第一过孔33与第一馈电线31导通，另一端通过第二过孔34与射频芯片导通。

所述第一馈电线与所述馈电缝隙耦合。进一步地，如图5所示，所述第一馈电线31的一端设有T形的馈电分支，馈电分支在第一金属层11上的投影与馈电缝隙111相交。具体地，T形馈电分支的竖直部分在第一金属层上的投影与馈电缝隙垂直相交，T形馈电分支的水平部分在第一金属层上的投影靠近馈电缝隙。

第二馈电线可作为匹配网络的匹配走线，通过对第二馈电线的走线进行设计，可增加天线模组的带宽，提高天线模组的性能。

本实施例中，第一金属层和第一馈电线构成微带线；第二金属层、第二馈电线和第三金属层构成带状线。

进一步地，结合图3和图6所示，所述第二金属层12和第三金属层13之间设有隔离墙，所述隔离墙围绕所述第二馈电线32设置，所述隔离墙包括多个金属化孔14，所述多个金属化孔14连通所述第二金属层12和第三金属层13。也就是说，第二金属层12和第三金属层13之间设有多个金属化孔14，多个金属化孔14围绕第二馈电线32设置。隔离墙可起屏蔽和调节阻抗的作用，通过设置隔离墙，可屏蔽匹配网络之间的干扰。

如图1所示，还包括射频芯片4，所述射频芯片4设置于所述介质基板1远离所述介质谐振器2的一面上，各天线单元的第二馈电线分别与所述射频芯片4 导通。进一步地，结合图3所示，射频芯片4通过BGA焊球设置在介质基板上，四个天线单元的第二馈电线32的另一端分别通过第二过孔34与射频芯片4连接。

进一步地，还包括数字电路集成芯片(图中未示出)和电源芯片(图中未示出)，所述数字电路集成芯片和电源芯片也设置于介质基板远离所述介质谐振器的一面上，所述数字电路集成芯片和电源芯片分别与所述射频芯片电连接。

其中，射频芯片用于为天线提供信号；射频芯片中包含的移相器和放大器等原件，移相器用于为天线单元间提供相位差以实现波束扫描的能力，放大器用于补偿移相器的损耗。数字集成电路芯片，用于控制射频芯片的信号的幅值和相位，相当于射频芯片中如放大器，低噪放等电路的数字开关。电源芯片，用于为射频芯片提供电源。

图7为本实施例的天线模组的S参数示意图，从图中可以看出，天线模组在28GHz频段处的S参数均小于-10dB，在39GHz频段处的S参数均小于-15dB，即该天线模组覆盖了28GHz和39GHz双频段。图8-9分别为本实施例的天线模组28GHz和39GHz的3D方向图，从图中可以看出，波束正常不畸形，具备波束扫描能力。

本实施例可以实现单体双频，减少设计复杂程度，且可以大幅提高天线整体辐射效率，同时可以降低天线生产成本。

综上所述，本实用新型提供的一种一体化双频介质谐振天线模组及电子设备，通过将各天线单元中的介质谐振器一体化设置，使得安装时只需安装一次即可实现多单元的安装，减少安装时的不确定因素，方便量产。本实用新型可以实现单体双频，减少设计复杂程度，且可以大幅提高天线整体辐射效率，同时可以降低天线生产成本。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种一体化双频介质谐振天线模组，其特征在于，包括介质基板和至少一个的天线单元，所述介质基板包括第一金属层，所述第一金属层上设有与所述至少一个的天线单元一一对应的馈电缝隙；所述天线单元包括介质谐振器，所述介质谐振器设置于所述第一金属层上且覆盖所述馈电缝隙；各天线单元中的介质谐振器依次相连且一体成型设置。

2.根据权利要求1所述的一体化双频介质谐振天线模组，其特征在于，所述天线单元还包括馈电线，所述馈电线包括第一馈电线；所述第一馈电线设置于所述第一金属层远离所述介质谐振器的一面上，所述第一馈电线与所述馈电缝隙耦合。

3.根据权利要求2所述的一体化双频介质谐振天线模组，其特征在于，所述第一馈电线的一端设有T形的馈电分支，馈电分支在第一金属层上的投影与所述馈电缝隙相交。

4.根据权利要求2所述的一体化双频介质谐振天线模组，其特征在于，所述介质基板还包括第二金属层和第三金属层，所述第二金属层位于所述第一金属层远离所述介质谐振器的一侧，所述第三金属层位于所述第二金属层远离第一金属层的一侧；所述馈电线还包括第二馈电线，所述第二馈电线设置于第二金属层和第三金属层之间；所述第二馈电线与所述第一馈电线导通。

5.根据权利要求4所述的一体化双频介质谐振天线模组，其特征在于，所述第二金属层和第三金属层之间设有隔离墙，所述隔离墙围绕所述第二馈电线设置。

6.根据权利要求5所述的一体化双频介质谐振天线模组，其特征在于，所述隔离墙包括多个金属化孔，所述多个金属化孔连通所述第二金属层和第三金属层。

7.根据权利要求4所述的一体化双频介质谐振天线模组，其特征在于，还包括射频芯片，所述射频芯片设置于所述介质基板远离所述介质谐振器的一面上；各天线单元的第二馈电线分别与所述射频芯片导通。

8.根据权利要求1所述的一体化双频介质谐振天线模组，其特征在于，所述天线单元的数量为四个，四个天线单元线性排列。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一体化双频介质谐振天线模组，其特征在于，所述馈电缝隙为矩形、H形或圆形。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的一体化双频介质谐振天线模组。

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